基于PTP协议的高精度网络时间同步系统的设计与实现

摘要

网络时间同步是指通过网络将各节点的时钟同步到稳定、高精度时间源,整个系统达到时钟一致。PTP协议是IEEE-1588中定义的一种精确时钟同步协议,能达到亚微秒级的同步精度。随着网络技术的飞速发展和分布式系统的广泛应用,越来越多的行业都要求一致、稳定的系统时间,对时间精度的要求也越来越高,在金融、通信、电力、航天等领域已经提出了微秒级同步的要求。
　　目前,网络时钟同步系统普遍采用NTP协议,同步精度只能达到毫秒级,不能满足高精度应用的需求。相比而言,PTP协议通过时间戳确认机制和MAC层时间戳加盖的方式,有效的提高了时间同步精度。然而,受实际传输物理链路上的传输延迟、网卡对数据包的缓存、本地时钟精度不高和同步进程调度时间不确定等因素的影响,PTP协议的同步精度依然不高。
　　为了实现高精度的网络时间同步系统,本文通过对Windows系统环境下影响同步精度的因素进行深入分析,提出了同步数据的过滤和拟合处理算法,实现了同步报文的确认机制,构造了高精度的本地时钟,提高了同步进程的优先级,设计了时钟校正算法,有效的提升了 PTP同步系统的同步精度,使本地时钟达到较高的精度。
　　本文最后通过构造测试程序对系统的同步精度进行了测试,结果表明,同步系统可以有效的校正本地时钟,达到了微秒级的同步精度。

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第一章 课题背景与意义

1.1 课题背景

1.2 项目来源和研究意义

1.3论文的内容安排

第二章 网络时间同步协议

2.1 网络时间同步技术

2.2 NTP协议

2.3 PTP协议

2.4 NTP与PTP的比较

2.5 本章小结

第三章 PTP时间同步系统的设计

3.1 设计分析

3.2 数据处理算法

3.3报文确认机制

3.4高精度本地时钟

3.5 同步进程优先级

3.6 时钟校正算法

3.7本章小结

第四章 PTP时间同步系统的实现

4.1 系统功能模块

4.2 实现环境

4.3 系统UML建模

4.4 数据处理算法模块的实现

4.5 网络通信模块的实现

4.6 高精度本地时钟模块的实现

4.7 时钟校正算法

4.8 系统界面

4.9本章小结

第五章 实验和测试结果

5.1 实验环境

5.2 测试结果

5.3 本章小结

第六章 总结

参考文献

致谢